Kornela universitātes pētnieku komanda, kuru vadīja Spensers T. Olins, Materiālu zinātnes un inženierzinātņu katedras inženierzinātņu profesors Ulrihs Vīzners, risina pieprasījumu pēc akumulatora, kam ir zibens ātras uzlādes potenciāls.
Ideja šīs tehnoloģijas pamatā: “Tā vietā, lai akumulatoru anods un katods būtu nevadoša separatora abās pusēs, savijiet komponentus pašsamontējamā, 3D žiroidālā struktūrā, ar tūkstošiem nanoskalu poru piepildītas ar enerģijai nepieciešamajām sastāvdaļām. uzglabāšana un piegāde ”.
"Šī ir patiešām revolucionāra akumulatora arhitektūra," sacīja Vīsners, kura grupas darbs "Bloka kopolimēra atvasināts 3-D savstarpēji iekļūstošs daudzfunkcionāls Gyroidal nanohibrīds elektriskās enerģijas uzglabāšanai " tika publicēts 16. maijā Karaliskās biedrības publikācijā Enerģētikas un vides zinātne. ķīmijas zinātnes.
"Šī trīsdimensiju arhitektūra būtībā novērš visus zaudējumus no ierīces mirušā tilpuma," sacīja Vīzners. "Vēl svarīgāk ir tas, ka, kā mēs to darījām, samazinot šo savstarpēji izplatīto domēnu izmērus līdz nanoskaļai, jūs saņemat lieluma pakāpes lielāku jaudas blīvumu. Citiem vārdiem sakot, jūs varat piekļūt enerģijai daudz īsākā laikā, nekā tas parasti tiek darīts, izmantojot parastās akumulatora arhitektūras. ”
Cik ātri tas notiek? Vīzners sacīja, ka akumulatora elementu izmēru samazināšanās dēļ līdz nanoskaļai “līdz brīdim, kad kabeli ievietojat kontaktligzdā, dažās sekundēs, iespējams, pat ātrāk, akumulators tiks uzlādēts”.
Šī 3D akumulatora koncepcija ir balstīta uz blokkopolimēra pašmontāžu, ko viņi izmantoja citās elektroniskajās ierīcēs, ieskaitot giroidālo saules bateriju un giroidālo supravadītāju. Šī darba vadošais autors Džergs Verners eksperimentēja ar pašsamontējamām filtrācijas membrānām un domāja, vai šo principu varētu piemērot oglekļa materiāliem enerģijas uzkrāšanai.
Tīrajās oglekļa plēvēs - akumulatora anodā, ko ģenerē bloku kopolimēra pašmontāža - bija tūkstošiem periodisku poru apmēram 40 nanometru platumā. Turpmāk šo poru pārklāšana ar 10 nanometru biezumu, kas ir elektroniski izolēta, bet jonu vadošais separators tika pārklāts ar elektropolimerizācijas palīdzību, kas pēc procesa būtības rada separācijas slāni bez caurumiem. Pilnīgi šie defekti, piemēram, atdalītāji separatoros, var izraisīt katastrofālas neveiksmes, izraisot ugunsgrēkus mobilajās ierīcēs, piemēram, mobilajos tālruņos un klēpjdatoros.
Pāreja uz otro soli, kas ir katoda materiāla pievienošana. Šajā gadījumā pievienojiet Sēru atbilstošā daudzumā, kas pilnībā neaizpilda atlikušās poras. Bet sērs var pieņemt elektronus, bet nevada elektrību. Pēdējais solis ir aizpildīšana ar elektroniski vadošu polimēru, kas pazīstams kā PEDOT (poli).
Lai arī šī arhitektūra piedāvā koncepcijas pierādījumu, Vīzners sacīja, ka tas nav bez izaicinājumiem. Skaļuma izmaiņas, izlādējot un uzlādējot akumulatoru, pakāpeniski pasliktina PEDOT uzlādes kolektoru, kam nav sēra izplešanās.
"Kad sērs izplešas," sacīja Vīzners, "jums ir šie mazie polimēra gabali, kas saplīst, un pēc tam tas atkal nesavienojas, kad tas atkal saraujas. Tas nozīmē, ka ir daži 3D akumulatora gabali, kuriem jūs pēc tam nevarat piekļūt. ”
Komanda joprojām mēģina pilnveidot tehniku, bet pieteikās pacienta aizsardzībai, veicot koncepcijas pierādīšanu. Darbu atbalstīja Energy Material Center CORNELL, un to finansēja ASV Enerģētikas departaments, kā arī Nacionālais zinātnes fonds.